В материаловедении объемная плотность , также называемая кажущейся плотностью , является свойством материала, определяемым как масса множества частиц материала, деленная на объем насыпи . Объем насыпи определяется как общий объем, занимаемый частицами, включая собственный объем частицы, объем межчастичных пустот и объем внутренних пор частицы . [1]
Насыпная плотность полезна для таких материалов, как порошки , гранулы и другие «разделенные» твердые тела , особенно в отношении минеральных компонентов ( почва , гравий ), химических веществ , фармацевтических ингредиентов , пищевых продуктов или любых других масс корпускулярного или дисперсного вещества ( частиц ).
Насыпная плотность не то же самое, что плотность частиц , которая является внутренним свойством твердого тела и не включает объем пустот между частицами (см.: плотность некомпактных материалов ). Насыпная плотность является внешним свойством материала; она может меняться в зависимости от того, как обрабатывается материал. Например, порошок, засыпанный в цилиндр, будет иметь определенную насыпную плотность; если цилиндр нарушается, частицы порошка будут перемещаться и обычно оседают ближе друг к другу, что приводит к более высокой насыпной плотности. По этой причине насыпная плотность порошков обычно сообщается как «свободно осевшая» (или «налитая» плотность), так и «утрясенная» плотность (где утрясенная плотность относится к насыпной плотности порошка после определенного процесса уплотнения, обычно включающего вибрацию контейнера. [2] )
Объемная плотность почвы во многом зависит от ее минерального состава и степени уплотнения . [3] Плотность кварца составляет около2,65 г/см 3 , но (сухая) объемная плотность минеральной почвы обычно составляет около половины этой плотности, между1,0 и 1,6 г/см 3 . Напротив, почвы, богатые органическим углеродом, и некоторые рыхлые глины, как правило, имеют более низкую объемную плотность (<1,0 г/см 3 ) из-за сочетания низкой плотности самих органических материалов и повышенной пористости . Например, торфяные почвы имеют объемную плотность от0,02–0,98 г/см3 . [ 4] В подробном исследовании, в котором было использовано 6000 проанализированных образцов в Европейском Союзе, была составлена карта с высоким разрешением (100 м) плотности насыпного веса почвы для слоя 0–20 см с использованием регрессионной модели. [5] Пахотные земли имеют почти в 1,5 раза большую плотность насыпного веса по сравнению с лесными массивами.
Насыпная плотность почвы обычно определяется из керна , который берется путем забивания металлического керноотборника в почву на желаемой глубине и горизонте. [6] Это дает образец почвы известного общего объема, V t . Из этого образца можно определить влажную насыпную плотность и сухую насыпную плотность. [7]
Для определения мокрой насыпной плотности (общей насыпной плотности) этот образец взвешивается, что дает массу M t . Для определения сухой насыпной плотности образец высушивается в печи и взвешивается, что дает массу твердых частиц почвы M s . Соотношение между этими двумя массами: M t = M s + M l , где M l — масса веществ, потерянных при сушке в печи (часто, в основном, вода). Сухая и мокрая насыпная плотность рассчитываются как
Плотность сухого насыпного грунта = масса почвы/объем в целом
Плотность насыпного веса во влажном состоянии = масса почвы плюс жидкости/объем в целом
Плотность сухого насыпного грунта обратно пропорциональна пористости того же грунта: чем больше пор в грунте, тем ниже значение плотности насыпного грунта. Плотность насыпного грунта области внутри Земли также связана с сейсмической скоростью проходящих через нее волн: для P-волн это было количественно определено с помощью соотношения Гарднера . Чем выше плотность, тем выше скорость.
